“雙碳”目標背景下上海植物園北區(qū)擴建項目低碳實施路徑研究

王鐵飛

（上海市公共綠地建設(shè)事務(wù)中心，上海 201199）

碳達峰、碳中和的“雙碳”目標已成為中國重要戰(zhàn)略目標，同時，低碳城市建設(shè)也是國家“十四五”規(guī)劃中的一項重要戰(zhàn)略措施。在城市項目的建設(shè)規(guī)劃中怎樣有效控制能源消耗及碳排放是研究重點，而低碳理念觀測和技術(shù)應(yīng)用將是今后城市建設(shè)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要遵循。植物園作為較為特殊的公園綠地類型，具有科研、科普和游憩的綜合功能，在其設(shè)計、建設(shè)和管理過程中應(yīng)更加注重低碳技術(shù)的實施。以上海植物園北區(qū)擴建項目為例，通過梳理分析項目在設(shè)計和建設(shè)全過程以及排水、建筑、道路、植物、土壤等核心要素所實施的低碳技術(shù)及其效應(yīng)。其中，海綿城市措施使得北區(qū)雨水年徑流總量控制率由60.5%上升至83.8%，有效降低了區(qū)域市政管網(wǎng)運行能耗，地源熱泵和框架結(jié)構(gòu)應(yīng)用使得北區(qū)附屬建筑運行能耗大大降低，而綠道型游路和功能型植物的設(shè)計應(yīng)用則有效降低綠地后期維護過程的能耗。研究總結(jié)了植物園類型綠地在海綿城市、綠色建筑、綠道游路、功能植物等方面具備實施性的具體低碳措施，可為其他類型的低碳城市綠化建設(shè)項目參考。

碳達峰；碳中和；植物園；低碳效應(yīng)；海綿城市

隨著人類社會的發(fā)展，科技進步和生活方式的改變，社會活動需要消耗大量能源，隨之排放溫室氣體，污染全球環(huán)境。中國在聯(lián)合國大會上承諾，碳排放年總量在2030年前某一個時期將達到最高值，即碳達峰[1-2]，在此基礎(chǔ)上，到2060年前，中國通過增加綠地系統(tǒng)、控制能耗等方式中和碳排放量，進而達到碳中和[3]。

低碳城市建設(shè)的規(guī)劃將減少碳排放量的目標落實到土地集約利用、綠色交通、綠色建筑、生態(tài)景觀營造及市政工程建設(shè)等方面[4]。宏觀層面，生態(tài)綠地可以固碳，減少二氧化碳的含量，進而影響氣候變化。推動低碳城市建設(shè)就是將低碳理念推行至城市建設(shè)中，增加綠地面積，優(yōu)化綠色基礎(chǔ)設(shè)施，完善綠道建設(shè)，加強綠色建筑技術(shù)，促進綠地系統(tǒng)的碳匯作用，有利于減少城市的熱島現(xiàn)象，實現(xiàn)低碳效應(yīng)[5-7]。微觀層面，在項目的建設(shè)期、運營期、后期維護管理期會產(chǎn)生能源消耗和碳排放，而在這些階段實施有效措施可減少碳排放的大量產(chǎn)生[8]：如規(guī)劃建設(shè)期，科學合理布局，低強度開發(fā)，充分利用可再生資源，選擇環(huán)?？苫厥帐┕げ牧霞笆┕すに嚕贿\營期，及時根據(jù)人流量進行合理部署，減少能源消耗、廢棄物排放；維護管理期，提高廢物處理方式及效率，加強土壤、植物、水體的維護，及時更新延長項目生命周期[9]。

上海植物園是一個多功能植物園，既是植物科學研究中心，又是可供游覽休閑的公園綠地。上海植物園歷史較久，基礎(chǔ)設(shè)施較為陳舊，南區(qū)已進行部分更新改造，北區(qū)空間布局關(guān)系不清晰，整體交通動線不明確，布局的不合理造成空間資源的浪費。北區(qū)現(xiàn)有設(shè)備設(shè)施陳舊，大部分不屬于節(jié)能設(shè)施，設(shè)備運行時能源消耗量大；尚未有灌溉系統(tǒng)，灌溉水源為自南區(qū)接入的自來水，由于水壓低采用人工皮管灌溉，無組織排水，整體雨水排污系統(tǒng)不完整，對環(huán)境造成一定影響。因此，上海植物園北區(qū)需要應(yīng)用低碳技術(shù)整治擴建，營造可持續(xù)發(fā)展的植物園環(huán)境。

1 上海植物園北區(qū)擴建項目

1.1 項目現(xiàn)狀

上海植物園北區(qū)內(nèi)部現(xiàn)狀水系位于中部，東西向，寬4～8 m，與外界水系不連通；內(nèi)部溝通不暢，多處斷頭，水質(zhì)渾濁。北區(qū)用地南界為張家塘港，河口寬度28 m，為市屬河道，與黃浦江相連，水位變化大，堤頂標高6 m。一墻到頂?shù)闹绷⑹綋鯄⒅参飯@南、北區(qū)與自然水體隔開，同時影響了親水效果和景觀效果。

上海植物園北側(cè)的市政干道羅城路擬根據(jù)規(guī)劃進行拓寬，道路紅線由現(xiàn)在的8 m向南拓寬為24 m，原4號門也將作為地鐵客源的主要出入口。因此，上海植物園的北側(cè)用地邊界將向南平移，北區(qū)的入口及部分區(qū)域景觀將受到影響。

1.2 項目范圍

上海植物園北區(qū)原為植物園生產(chǎn)區(qū)，改擴建工程將基于南區(qū)專類園分區(qū)展示，使北區(qū)功能布局更合理，同時通過引種馴化豐富植物品種，增加植物園的主題性和趣味性。

北區(qū)改擴建工程范圍為上海植物園張家塘港以北規(guī)劃xh293-08地塊，羅城路和上海市園林科學規(guī)劃研究院以南、潘家塘河以東、張家塘港以北、龍吳路以西。改造范圍面積約22 hm2，其中17 hm2為原生產(chǎn)區(qū)，5 hm2為徐家橋潘家塘宅基地（圖1）。

圖1 上海植物園北區(qū)擴建項目范圍Fig.1 Scope of the north district expansion project of Shanghai Botanical Garden

1.3 項目方案

延續(xù)南區(qū)自然山水園的布局特點，北區(qū)采用堆土地形、自然水體，結(jié)合南區(qū)的道路形成完整的路網(wǎng)，優(yōu)化園區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施。北區(qū)通過視線的高差營造景觀兩軸（圖2）。其中一軸為北區(qū)主入口廣場，經(jīng)宿根花卉園、觀賞草園、繽紛花橋及連接南區(qū)的主道路構(gòu)成主軸線，具有視覺景觀效果，且使植物園南區(qū)和北區(qū)具有連續(xù)性。另一軸為景觀展示軸，從北區(qū)制高點到巖石園、展覽溫室，再到中心湖，形成視線開闊的景觀軸線。結(jié)合景觀與功能劃分為5大片區(qū)（圖3），分別為北部入口管理服務(wù)區(qū)、專類植物展示區(qū)、科普體驗區(qū)、沿河景觀區(qū)、生產(chǎn)服務(wù)區(qū)。

圖2 上海植物園北區(qū)擴建項目總平面圖Fig.2 General layout of the north district expansion project of Shanghai Botanical Garden

圖3 上海植物園北區(qū)擴建項目功能分區(qū)圖Fig.3 Functional zoning diagram of the north district expansion project of Shanghai Botanical Garden

2 低碳技術(shù)路徑

城市建設(shè)項目的低碳技術(shù)多應(yīng)用在雨污排水系統(tǒng)、建筑材料、交通方式、水體水質(zhì)、地下管廊等方面[10]，而城市綠地建設(shè)項目應(yīng)以全周期節(jié)約能源，減少排放及增加植物碳匯為主要低碳實施路徑。結(jié)合上海植物園北區(qū)項目現(xiàn)狀及設(shè)計方案，綜合考慮項目中低碳技術(shù)的可行性，具體實施的低碳技術(shù)分別為海綿城市措施、綠色建筑技術(shù)、綠道型游路系統(tǒng)、功能型植物應(yīng)用及其他輔助生態(tài)技術(shù)措施。

2.1 海綿城市措施

海綿城市措施的核心理念主要基于低影響開發(fā)（Low Impact Development），是一種通過分散、小規(guī)模和自然的源頭處理方式解決城市場地開發(fā)時應(yīng)對暴雨徑流和污染能力不足等問題，也是一種基于自然的解決方案。海綿城市的設(shè)計和應(yīng)用，有效減少了城市灰色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和負荷，也有助于城市雨水循環(huán)利用，同時可改善區(qū)域水體污染狀況，這些措施涉及基礎(chǔ)設(shè)施減少、城市用水減少和污染物削減三方面，均在一定程度上減少區(qū)域的碳排放。因此，在國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》中也明確將建設(shè)海綿城市作為碳達峰的途徑之一。

本次植物園北區(qū)擴建場地項目主要采用的是調(diào)蓄削峰海綿城市措施[11]，增加可以有效快速排水及雨水凈化的透水性鋪裝面積；進一步優(yōu)化調(diào)整園區(qū)水系，使具有一定調(diào)蓄容積功能的景觀和水系相結(jié)合。

為了改善超常規(guī)降雨時的排水情況，避免暴雨造成的積水，設(shè)計采取如下措施：潘家塘作為彈性水體，在主入口處廣場、沿羅城路一側(cè)的生態(tài)停車場等硬質(zhì)區(qū)域均采用透水性強的材料以降低徑流系數(shù)、減少徑流水量；園區(qū)內(nèi)預(yù)留3%～5%的生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施用地，設(shè)置下凹綠地，用于凈化地表徑流污染，并對雨水進行回收利用，補充園內(nèi)的灌溉、景觀用水；除了利用園區(qū)內(nèi)景觀水體調(diào)蓄削峰外，還充分利用園區(qū)內(nèi)的公共綠地、壕溝等場所，發(fā)揮遭遇超標準暴雨時的臨時性調(diào)蓄作用，進一步削減暴雨的峰值流量，增強抗風險能力。

經(jīng)統(tǒng)計，植物園北區(qū)一年重現(xiàn)期總雨量為7 340.6 m3，基于傳統(tǒng)設(shè)計園區(qū)雨水年徑流總量控制率為60.5%。植物園北區(qū)種植區(qū)153 676 m2，園路及鋪裝場地35 731 m2，建筑占地約3 801 m2，水體29 236 m2，合計滲/蓄水量4 441 m3。實施透水鋪裝與水體調(diào)蓄相結(jié)合的海綿城市措施后，植物園北區(qū)鋪裝區(qū)域的雨水年徑流總量控制率達到67.8%，而水體區(qū)域的雨水年徑流總量控制率達到99.7%，總體上雨水年徑流總量控制率均值為83.75%，面源污染消減率為76.8%，各類設(shè)施和下墊面滲/蓄水量見表1。

表1 上海植物園北區(qū)各類設(shè)施和下墊面的滲/蓄水量Tab.1 Infiltration and storage capacity of various facilities and underlying surface in the north area of Shanghai Botanical Garden

2.2 綠色建筑技術(shù)

目前，中國作為全球建設(shè)規(guī)模最大的國家，建筑行業(yè)碳排放占比較大，且仍處于上升發(fā)展期。因此，應(yīng)大力倡導通過應(yīng)用節(jié)能環(huán)保材料、框架結(jié)構(gòu)、裝配式材料、地熱利用等節(jié)材、節(jié)地和節(jié)能手段來推廣綠色建筑技術(shù)，大大降低建筑建設(shè)和使用過程中的碳排放。在國務(wù)院印發(fā)《2030年前碳達峰行動方案》中，也提出通過新型建筑工業(yè)化、裝配式建筑、鋼結(jié)構(gòu)住宅以及建材循環(huán)利用等手段強化建筑綠色設(shè)計和綠色施工管理。

本項目新建建筑共9棟（圖4），分為游憩建筑、服務(wù)建筑和管理建筑。其中，服務(wù)建筑和管理建筑均采用節(jié)能環(huán)保的材料，符合綠色建筑要求。新建建筑總面積7 149 m2，其中地上建筑面積5 249 m2，地下建筑面積1 900 m2，包括溫室地下設(shè)備鍋爐房200 m2、主入口建筑地下室1 500 m2以及排水泵房地下部分200 m2。

圖4 上海植物園北區(qū)擴建項目新建建筑分布圖Fig.4 Distribution of new buildings in the north district expansion project of Shanghai Botanical Garden

因上海地區(qū)冬冷夏熱的特點，上海植物園北區(qū)主入口建筑與科研中心建筑設(shè)計為框架結(jié)構(gòu)，建筑系數(shù)及外墻保溫體系如表2、表3，并在建筑內(nèi)合理設(shè)置室內(nèi)溫度設(shè)計標準及新風系統(tǒng)。空調(diào)能源采用地源熱泵，有效減少能源消耗[12]。在植物園北區(qū)附屬管理建筑設(shè)計與建設(shè)過程中，除注重環(huán)保材料以及材料的傳熱性能外，也在建筑施工過程中落實低碳技術(shù)，包括墻體施工節(jié)能技術(shù)、門窗安裝節(jié)能施工技術(shù)、保溫屋面節(jié)能施工技術(shù)等。

表2 建筑系數(shù)Tab.2 Building coefficient

表3 建筑熱工設(shè)計指標Tab.3 Building thermal design index

2.3 綠道型游路系統(tǒng)

公園綠地游路系統(tǒng)是游客參觀游覽的重要路徑，同時也是公園綠地內(nèi)較為分散的硬質(zhì)下墊面空間。傳統(tǒng)游路設(shè)計主要考慮游覽體驗，較少考慮游路系統(tǒng)對于區(qū)域雨水下滲、植物景觀及生物多樣性等方面的影響。公園綠地場地開發(fā)建設(shè)中游路系統(tǒng)的設(shè)計和營建是場地建設(shè)過程中碳排放管控的重要方面。如利用透水生態(tài)材料、自然坡度設(shè)計等均可促進游路系統(tǒng)建設(shè)和使用的低碳措施。而植物園作為較為特殊的公園綠地類型，其植物保育功能則要求更為低碳。

本項目游路系統(tǒng)主要分為三級，均采用生態(tài)綠道設(shè)計理念（圖5）。一級園路為主園路，是北區(qū)的主干道路，也是園內(nèi)的游覽車道，環(huán)狀設(shè)置貫穿全園，北接主入口與生產(chǎn)后勤出口，南部則通過原跨張家塘港橋梁與南區(qū)主園路相連。道路設(shè)計縱坡小于3%[13]，轉(zhuǎn)彎半徑大于6 m，采用彩色透水瀝青作為路面主材，道路兩側(cè)為花崗巖路緣石，路面略高于兩邊綠化地坪標高，便于排水。雙側(cè)有卵石蓋板排水溝且雙向縱坡，坡度1.5%，收集路面雨水，連接最近的排水溝或雨水口。二級園路連接主園路與各個專類園之間的道路，是引導游人到各專類園及景觀功能區(qū)的步行道，道路寬度為2～3 m。路面采用透水混凝土、陶瓷透水磚、仿石PC磚等新型環(huán)保材料。三級園路分散在專類園區(qū)內(nèi)及其他景區(qū)內(nèi)部的游步道，方便游人通達和近距離的觀賞，道路寬度為1.5 m，路面結(jié)合園藝展示的風格主題自由搭配，選擇防腐木、青石汀步、瓜子片、磚瓦等材料。

圖5 上海植物園北區(qū)擴建項目游路系統(tǒng)Fig.5 Sightseeing road system of the north district expansion project of Shanghai Botanical Garden

2.4 功能型植物應(yīng)用

公園綠地植物碳庫是城市基礎(chǔ)設(shè)施中唯一的碳庫，適應(yīng)性強且生長良好的鄉(xiāng)土植物應(yīng)用，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且功能高效的近自然或半自然植物群落構(gòu)建是提升城市公園綠地碳匯能力的重要舉措。因而，在公園綠地建設(shè)時，應(yīng)注重保留原有生長良好的植被，尤其是木本植物的保護，以及不同景觀區(qū)域的高碳匯鄉(xiāng)土樹種的應(yīng)用與近自然型植物群落的建設(shè)。本項目主要大量應(yīng)用華東地區(qū)樟科、殼斗科、榆科等地帶性鄉(xiāng)土樹種作為骨干樹種（表4），以及背景林地、湖岸帶、河岸帶植物群落的構(gòu)建等。

表4 上海植物園北區(qū)擴建項目的高碳匯鄉(xiāng)土樹種應(yīng)用Tab.4 Application of native tree species with high carbon sinks in the north area of Shanghai Botanical Garden

北區(qū)原為上海植物園生產(chǎn)區(qū)，植物大多以苗圃式方式種植，景觀性種植較少。景觀植物多分布于南北向主路兩側(cè)及現(xiàn)狀水系周邊，經(jīng)現(xiàn)場踏勘，保留現(xiàn)狀長勢、樹形良好的苗木，移植至與種植設(shè)計主題相符合的區(qū)域作為景觀樹，移除形態(tài)較差、不具備保留價值的苗木。

為保證植物園中花境四季的觀賞效果，宿根花卉園及觀賞草園植物按不同品種不同養(yǎng)護需求歸類，其中長效品種為多年生木本草本花卉，每年有30%的更換養(yǎng)護量（大棚計算面積需預(yù)留兩個溫室內(nèi)的更換養(yǎng)護量）；防高溫、防寒品種需在養(yǎng)護期內(nèi)搬至大棚內(nèi)遮陰或者保溫；一二年生時令品種每年保證替換4次。

水生植物尤為重要。黃婆廟河區(qū)域的水系及繽紛花橋處水域為濕地凈化展示區(qū)，上游結(jié)合地形構(gòu)建溪流，利用卵石、填料對水體進行初級過濾，水陸緩沖帶選擇耐水淹的陸生植物，濱水帶種植挺水植物；同時繽紛花橋水域的觀賞性水生植物，選擇不同的主體物種和基調(diào)物種，增加生物多樣性，增添游客探索的趣味，同時凈化水質(zhì)；溫室南部中心地帶的大水面為湖泊水質(zhì)涵養(yǎng)區(qū)，作為植物園北區(qū)的中心集中大水面，岸邊植被以疏林草地為主，以突顯大水面開闊的景觀并倒影展覽溫室；水系中心為深潭區(qū)，水溫較低，不易受表層擾動影響，起到維持水質(zhì)的作用，湖面種植睡蓮，美化景觀，湖心設(shè)一處景觀噴泉。在生態(tài)護岸上種植挺水植物，對水位變動帶的水土保持有重要作用。

2.5 其他生態(tài)技術(shù)

綠化建設(shè)項目上的新材料、新技術(shù)和新工藝等“三新”技術(shù)的應(yīng)用均可不同程度降低綠化建設(shè)項目的碳排放或提升碳匯能力，屬于低碳生態(tài)技術(shù)。本項目進一步強化生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)理念，以“三新”技術(shù)為切入點，為植物園的整體環(huán)境提供更好的生命支撐系統(tǒng)，降低后期管理、養(yǎng)護成本，有效降低項目建設(shè)過程和后續(xù)管理中的碳排放。

上海植物園北區(qū)展示植物豐富度高，種植有大量的珍惜、名貴植物，所需生境復(fù)雜，且對土壤條件較普通公園綠地更為嚴格。在滿足《綠化種植土壤》（CJ/T340-2016）等規(guī)范標準及相關(guān)要求的基礎(chǔ)上，需根據(jù)特殊品種的生長條件適當調(diào)整土壤肥力；根據(jù)酸性植物對酸堿度的要求調(diào)節(jié)pH值[14-16]，保證植物根系的健康生長；為有效延長色葉植物變色時間，或增加開花的花量，生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施主要的實施內(nèi)容除了土壤改良，還包括水生態(tài)、自動噴灌系統(tǒng)、智能溫室管理系統(tǒng)、智能照明控制等智能化系統(tǒng)。

3 結(jié)論與討論

碳達峰、碳中和作為國家重要戰(zhàn)略目標，成為城市建設(shè)各行各業(yè)關(guān)注和踐行的技術(shù)發(fā)展方向，其低碳技術(shù)的應(yīng)用理念在城市建設(shè)發(fā)展中一直有所體現(xiàn)。綠化建設(shè)行業(yè)本身作為城市綠色基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)者，更應(yīng)注重設(shè)計、建設(shè)和管理過程中低碳理念的貫徹和技術(shù)應(yīng)用。植物園是公園綠地的特殊類型，具有科學研究、引種馴化、植物保護以及觀賞、游憩、科普的綜合性功能，其中的專類園更是屬于專業(yè)特征較明顯的主題園，因此植物園建設(shè)項目有更大的空間及更豐富的要素去結(jié)合低碳理念和技術(shù)，也應(yīng)更注重“雙碳”目標背景下的低碳技術(shù)實施。

上海植物園北區(qū)擴建項目在突出園藝展示水平的基礎(chǔ)上遵循“低強度開發(fā)”原則，在場地、建筑、游路、材料等方面均應(yīng)用了低碳技術(shù)，以達到“節(jié)約能耗，減少排放”的目的。海綿城市是項目低碳開發(fā)最重要的一部分內(nèi)容，本項目主要應(yīng)用調(diào)蓄削峰措施，調(diào)整了水系，將場地內(nèi)鋪裝改為透水鋪裝，使其具有調(diào)蓄容積功能。北區(qū)新建的9棟建筑使用了保溫材料，建筑內(nèi)空調(diào)暖通等也都應(yīng)用了能耗低效率高的先進設(shè)備，滿足綠色建筑的要求。園區(qū)內(nèi)組織綠道系統(tǒng)，除了鋪裝的材料改用透水混凝土、透水磚等材料外，在排水溝和雨水口的設(shè)計上也獨具匠心。應(yīng)用水生植物凈化水質(zhì)，維持水生態(tài)平衡，對土壤進行改良以適應(yīng)更多珍貴植物品種。另外，還應(yīng)用智能化系統(tǒng)，使照明、噴灌、溫室管理等方面更節(jié)能。上述低碳技術(shù)也為一般城市公園主要要素的設(shè)計與建設(shè)過程中的低碳化提供范式，包括地形、園路及鋪裝場地、種植、建筑物及構(gòu)筑物等關(guān)鍵設(shè)計與建設(shè)要素（表5），本項目在公園給水排水和電氣等要素設(shè)計與建設(shè)方面的低碳措施有待進一步探討。

表5 公園設(shè)計與建設(shè)過程主要要素的低碳措施Tab.5 Low-carbon measures of main factors in park design and construction process

注：文中圖片均由作者繪制。